[发明专利]一种能够回收能量的坐标式机械手臂

权利要求书

1.一种能够回收能量的坐标式机械手臂，所述机械手臂是一种具有4个自由度的极坐标型机械手，机械手的运动由两个直线运动和两个转动组成，两个直线运动指垂直方向的升降以及水平方向的伸缩，两个转动指绕回转台的转动和绕水平轴的仰俯运动，该机械手臂可以完成上升、下降、仰起、俯下、伸出、缩回六个动作，其特征在于：所述机械手臂包括底座、回转液压缸、回转台、升降气缸、仰俯气缸、伸缩气缸、电压转化电路、位于三个气缸中的混合纳米发电机以及机械手爪；升降气缸、俯仰气缸以及电压转化电路安装在回转台上，伸缩气缸通过两个铰链与升降气缸及俯仰气缸相连接，形成四连杆机构，机械手爪安装在伸缩气缸的气缸杆上，回转台与底座中的回转液压缸相连接；混合纳米发电机，收集气缸反复伸出，缩回运动的机械能，用于其他供电系统或外部负载的供电；所述机械手臂的运动均由气动的方式进行驱动，且每个气缸均装有混合纳米发电机，该混合纳米发电机包括波纹管弹性基底和固定在弹性基底上的若干个并联的混合发电单元；每个混合发电单元包括一个摩擦发电单元和一个压电发电单元；所述的摩擦发电单元与压电发电单元相连；其中：所述摩擦发电单元进一步包括：第一电极层和位于第一电极上方的第一摩擦层；位于第一摩擦层上方并与其面对面设置第二摩擦层和位于第二摩擦层上方的第二电极层，所述压电发电单元进一步包括：垂直生长在所述第二电极层上方的压电纳米线阵列；位于压电纳米线阵列上方的第一高分子聚合物绝缘层和位于所述第一高分子聚合物绝缘层上方的第三电极层，其中，所述第一电极层和所述第二电极层是所述摩擦发电单元的输出电极，所述第二电极层和第三电极层是所述压电发电单元的输出电极；当伸缩气缸、升降气缸和仰俯气缸反复做伸缩运动时，混合纳米发电机中的摩擦发电单元根据静电摩擦生电和静电感应的复合原理，在气缸反复伸缩运动的作用下，每个混合发电单元的第一摩擦层和第二摩擦层不断接触分离，使摩擦特性相差较大的第一摩擦层与第二摩擦层产生正负静电荷，静电经诱导使第一摩擦层对应的第一电极层和第二摩擦层对应的第二电极层间形成电势差；同时混合纳米发电机中的压电发电单元根据压电效应，在气缸反复伸缩运动的作用下，压电纳米线阵列不断弯曲与恢复，在第二电极层与第三电极层之间形成电势差；将所有混合发电单元通过导线进行并联连接，并与电压转换电路相连接，实现对其他供电系统或其他负载的供电。

2.如权利要求1所述的一种能够回收能量的坐标式机械手臂，其特征在于：第一电极层，第二电极层和第三电极层为束缚电子能力弱的金属导电层；第二摩擦层为束缚电子能力强的非金属绝缘层。

3.如权利要求1所述的一种能够回收能量的坐标式机械手臂，其特征在于：第一摩擦层为铝、铜或铜铝合金的薄膜，厚度均为50μm-lmm；第二摩擦层的材质为聚四氟乙烯，第二摩擦层的厚度为50μm-lmm。

4.如权利要求1所述的一种能够回收能量的坐标式机械手臂，其特征在于：每个摩擦发电单元和相对应的压电发电单元通过波纹管式结构面对面设置，且接触面积相等，并且第一摩擦层和第二摩擦层的摩擦电极序存在差异，且差异越大效果越好。

5.如权利要求1所述的一种能够回收能量的坐标式机械手臂，其特征在于：所示电压转换电路包括降压变压器和交直流转换器两部分，其中交直流转换器包括依次连接的整流电路、滤波电路和稳压电路；混合纳米发电机的电信号输出端与电压转换电路的降压变压器的输入端相连接，用于对混合纳米发电机所产生的交流电信号进行降压处理，再将降压变压器的输出端与交直流转换器相连，将降压后的交流电信号转换为直流电，与其他供电系统或其他负载相连接，对其他供电系统或其他负载充电。